一種igbt驅(qū)動(dòng)用的隔離電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及IGBT技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種IGBT驅(qū)動(dòng)用的隔離電源。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)廣泛應(yīng)用于新型的電力電子變換領(lǐng)域，例如光伏、風(fēng)力發(fā)電、變頻以及電動(dòng)汽車等熱門行業(yè)都能見到IGBT在其中發(fā)揮非常重要的作用。在工業(yè)領(lǐng)域使用大功率的IGBT (額定電流大于100A)開關(guān)元件，由于IGBT本身米勒電容的存在，容易出現(xiàn)誤導(dǎo)通以及關(guān)斷不迅速的情況。
[0003]IGBT的關(guān)斷電壓一般為負(fù)電壓(-15V?-5V)，為了讓IGBT更快速的關(guān)斷，并且不會(huì)有誤開通的情況發(fā)生，目前通常采用以下幾種方式來提供IGBT的驅(qū)動(dòng)電源:
[0004]I)采用正負(fù)獨(dú)立電源單獨(dú)給IGBT驅(qū)動(dòng)電路供電。例如分別采用±15V的電源模塊給IGBT驅(qū)動(dòng)作為供電電源，即需要兩路電源給一個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)供電，購買此類電源模塊成本高，而自行設(shè)計(jì)太過復(fù)雜；
[0005]2)米用一個(gè)電源，通過穩(wěn)壓來分出正負(fù)電壓給IGBT驅(qū)動(dòng)電路供電。如圖1所不，輸入電源Vin先經(jīng)過一個(gè)線性穩(wěn)壓芯片來得到一個(gè)穩(wěn)定的總電壓，再通過電阻R與穩(wěn)壓二極管D得出想要的正負(fù)電壓V+’和V-’。此種方式中，線性穩(wěn)壓芯片以及穩(wěn)壓二極管D都會(huì)消耗一定的功率導(dǎo)致電源效率較低，另一方面線性穩(wěn)壓芯片以及穩(wěn)壓二極管D的散熱也是一個(gè)需要克服的問題，通常需要占據(jù)較大的電路板面積以解決散熱問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于根據(jù)IGBT驅(qū)動(dòng)所需電源的特點(diǎn)(對(duì)導(dǎo)通電壓值要求較高，對(duì)關(guān)斷電壓值要求較低)提出一種只需單路電源供電，轉(zhuǎn)換效率高且體積較小的電源，以解決現(xiàn)有的IGBT驅(qū)動(dòng)電源存在的需要雙電源供電或者使用單電源供電但電源效率低、散熱不好的技術(shù)問題。
[0007]一種IGBT驅(qū)動(dòng)用的隔離電源，用于給IGBT的驅(qū)動(dòng)電路提供IGBT的導(dǎo)通/關(guān)斷電壓，包括DC-DC隔離電源，所述DC-DC隔離電源具有正電壓輸出端和負(fù)電壓輸出端，分別輸出大小相等的正電壓和負(fù)電壓；所述IGBT驅(qū)動(dòng)用的隔離電源還包括基準(zhǔn)電路和電壓跟隨器，所述基準(zhǔn)電路根據(jù)所述IGBT的導(dǎo)通/關(guān)斷電壓參數(shù)要求，提供一導(dǎo)通電壓基準(zhǔn)和一關(guān)斷電壓絕對(duì)臨界，所述電壓跟隨器的輸出端連接至所述IGBT的發(fā)射極；所述基準(zhǔn)電路具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中所述第一輸入端連接于所述DC-DC隔離電源的正電壓輸出端，所述第二輸入端連接于所述DC-DC隔離電源的負(fù)電壓輸出端，所述輸出端連接于所述電壓跟隨器的輸入端，所述基準(zhǔn)電路用于向所述電壓跟隨器的輸入端提供基準(zhǔn)輸入電壓，當(dāng)所述DC-DC隔離電源的輸出總電壓大于或等于所述導(dǎo)通電壓基準(zhǔn)與所述關(guān)斷電壓絕對(duì)臨界之和時(shí)，所述基準(zhǔn)輸入電壓的值使得所述正電壓輸出端與所述電壓跟隨器的輸出端之間的電位差等于所述導(dǎo)通電壓基準(zhǔn)；當(dāng)所述DC-DC隔離電源的輸出總電壓小于所述導(dǎo)通電壓基準(zhǔn)與所述關(guān)斷電壓絕對(duì)臨界之和時(shí)，所述基準(zhǔn)輸入電壓的值使得所述負(fù)電壓輸出端與所述電壓跟隨器的輸出端之間的電位差等于所述關(guān)斷電壓絕對(duì)臨界的負(fù)值；其中，所述輸出總電壓等于所述正電壓與所述負(fù)電壓的絕對(duì)值之和；所述驅(qū)動(dòng)電路用于:在驅(qū)動(dòng)所述IGBT導(dǎo)通時(shí)，將所述DC-DC隔離電源的正電壓輸出端與所述IGBT的柵極連通；在驅(qū)動(dòng)所述IGBT關(guān)斷時(shí)，將所述負(fù)電壓輸出端與所述IGBT的柵極連通。
[0008]在IGBT導(dǎo)通/關(guān)斷時(shí)，一般，所需的導(dǎo)通電壓是15V，而所需的關(guān)斷電壓是-5V以下(即-4V、-3V等就會(huì)嚴(yán)重影響的IGBT的關(guān)斷動(dòng)作)，可以將15V看成是導(dǎo)通電壓基準(zhǔn)，5V看成是關(guān)斷電壓絕對(duì)臨界，在運(yùn)行中應(yīng)當(dāng)盡量保證提供的關(guān)斷電壓的絕對(duì)值不小于該關(guān)斷電壓絕對(duì)臨界。由于DC-DC隔離電源輸出的是兩路大小相等、方向相反的電壓，如果直接供給IGBT的驅(qū)動(dòng)電路以驅(qū)動(dòng)IGBT導(dǎo)通/關(guān)斷，則可能出現(xiàn)關(guān)斷電壓充足但導(dǎo)通電壓不足的情況，例如，DC-DC隔離電源的輸出總電壓為25V，雖大于20V，但是被分配成+12.5V和-12.5V，若直接供給IGBT驅(qū)動(dòng)電路，則關(guān)斷電壓-12.5非常充足，但是導(dǎo)通電壓+12.5V卻不夠，即便能夠?qū)?，由于電壓值不夠，?huì)增加IGBT發(fā)熱量。
[0009]因此，本方案中根據(jù)DC-DC隔離電源的輸出總電壓的大小，基于IGBT的所需導(dǎo)通電壓基準(zhǔn)/關(guān)斷電壓絕對(duì)臨界，來合理地將輸出總電壓進(jìn)行分配。具體而言，本方案中將電壓跟隨器的輸出端電壓作為IGBT的發(fā)射極電壓，而將DC-DC隔離電源的正電壓輸出端和負(fù)電壓輸出端分別作為IGBT導(dǎo)通、關(guān)斷時(shí)柵極應(yīng)該接通的電源端口，通過調(diào)整電壓跟隨器的輸出端電壓，即可調(diào)整導(dǎo)通/關(guān)斷電壓即柵極與發(fā)射極之間的電壓VeE(VeE= V G-VE)。而電壓跟隨器的輸出端電壓等于輸入端電壓，因此，根據(jù)DC-DC隔離電源的輸出總電壓大小來給電壓跟隨器提供不同的基準(zhǔn)輸入電壓時(shí)，就形成不同的發(fā)射極電壓，從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)DC-DC隔離電源輸出的正/負(fù)電壓，產(chǎn)生合適的VeE。
[0010]當(dāng)DC-DC隔離電源的輸出總電壓大于或等于導(dǎo)通電壓基準(zhǔn)與關(guān)斷電壓絕對(duì)臨界之和時(shí)，說明輸出總電壓在保證關(guān)斷電壓的絕對(duì)值為關(guān)斷電壓絕對(duì)臨界的基礎(chǔ)上，至少能提供達(dá)到導(dǎo)通電壓基準(zhǔn)的導(dǎo)通電壓，此時(shí)基準(zhǔn)電路提供給電壓跟隨器的基準(zhǔn)輸入電壓能夠使得正電壓輸出端與電壓跟隨器輸出端之間的電壓即提供給IGBT的導(dǎo)通電壓等于所述導(dǎo)通電壓基準(zhǔn)，而此時(shí)余下的電壓(即輸出總電壓與提供給IGBT的導(dǎo)通電壓之差，電路中表現(xiàn)為負(fù)電壓輸出端與電壓跟隨器輸出端之間的電壓)即可提供關(guān)斷所需的負(fù)電壓，而且該負(fù)電壓的絕對(duì)值大于或等于關(guān)斷電壓絕對(duì)臨界，足夠讓IGBT快速關(guān)斷；
[0011]當(dāng)DC-DC隔離電源的輸出總電壓小于導(dǎo)通電壓基準(zhǔn)與關(guān)斷電壓絕對(duì)臨界之和時(shí)，則應(yīng)當(dāng)考慮犧牲一部分的導(dǎo)通電壓來優(yōu)先保證提供的關(guān)斷電壓的絕對(duì)值至少等于所述關(guān)斷電壓絕對(duì)臨界(例如5V)，此時(shí)基準(zhǔn)電路提供給電壓跟隨器的基準(zhǔn)輸入電壓則夠使得負(fù)電壓輸出端與電壓跟隨器的輸出端之間的電壓等于所述關(guān)斷電壓絕對(duì)臨界(例如5V)的負(fù)值，即提供了一個(gè)上限關(guān)斷電壓(-5V，不能再比-5V大)，此時(shí)余下的電壓(即輸出總電壓與提供給IGBT的關(guān)斷電壓的絕對(duì)值之差，電路中表現(xiàn)為正電壓輸出端與電壓跟隨器輸出端之間的電壓)即可提供導(dǎo)通電壓(會(huì)比導(dǎo)通電壓基準(zhǔn)小，但能夠?qū)?。
[0012]優(yōu)選地，所述基準(zhǔn)電路包括第一穩(wěn)壓二極管、第二穩(wěn)壓二極管、第一電阻和第二電阻；所述第一穩(wěn)壓二極管的陰極連接至所述正電壓輸出端，陽極連接至所述電壓跟隨器的輸入端；所述第二穩(wěn)壓二極管的陽極連接至所述負(fù)電壓輸出端；所述第一電阻連接于所述第一穩(wěn)壓二極管的陽極與所述第二穩(wěn)壓二極管的陰極之間，所述第二電阻連接于所述正電壓輸出端與所述第二穩(wěn)壓二極管的陰極之間；所述第一穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值為所述導(dǎo)通電壓基準(zhǔn)，所述第二穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值為所述關(guān)斷電壓絕對(duì)臨界。
[0013]優(yōu)選地，所述第一穩(wěn)壓二極管和所述第二穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值分別為15V和5V。
[0014]優(yōu)選地，還包括第一電容和第二電容，所述第一電容連接于所述電壓跟隨器的輸出端與所述正電壓輸出端之間，所述第二電容連接于所述電壓跟隨器的輸出端與所述負(fù)電壓輸出端之間，分別用于穩(wěn)定所述IGBT的導(dǎo)通電壓和關(guān)斷電壓。通過本方案，即便負(fù)載突然加大或者輸入掉電的情況下，電容的作用也能保證提供穩(wěn)定的導(dǎo)通/關(guān)斷電壓以使IGBT正常導(dǎo)通或關(guān)斷。
[0015]優(yōu)選地，所述電壓跟隨器包括運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器的輸出端與反相輸入端連接，所述運(yùn)算放大器的正相輸入端和輸出端分別為所述電壓跟隨器的輸入端和輸出端。
[0016]優(yōu)選地，所述DC-DC隔離電源包括振蕩電路、功率變壓器以及整流濾波電路，所述振蕩電路用于產(chǎn)生推挽驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳遞至